正确枚举 Winlogon 桌面窗口层次

news2024/9/20 8:10:23

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前言

原理解释

原理实现

 Winlogon 桌面窗口层次

本文出处链接：https://blog.csdn.net/qq_59075481/article/details/141608316。

前言

众所周知，从 Windows 7 开始，Winlogon 桌面不再使用 SASWindow 作为背景窗口，而是采用了一套新的安全桌面模式。我发现 CSDN 上在这方面的研究很少。

在我前面的几篇文章里面已经详细分析并实现了，编程化拦截与 Winlogon 有关的登陆事件（如 Ctrl + Alt + Delete 快捷键）。在之前，我浅谈过一些有关 LogonUI Interface 登陆 UI 界面的内容，但并未做详细的解释。这篇文章将就如何动态枚举 Winlogon 桌面的窗口层次并进行记录进行详细的讲解。如有错误，敬请点拨。

专栏文章：

快捷键机制系列文章 | 涟幽 516icon-default.png?t=N7T8https://blog.csdn.net/qq_59075481/category_12568641.html

原理解释

首先，我们需要知道 Winlogon 桌面（登陆桌面，运行在控制台会话）和 Default 桌面（用户默认桌面，运行在 UI 会话）均是由 Winlogon.exe 所创建的。

Winlogon.exe 是 Windows 操作系统中负责处理用户登录和注销等会话管理功能的进程。通常情况下，每个控制台会话（即本地会话）会有一个对应的 Winlogon.exe 实例，用于处理用户认证等任务。

UI 会话 是指用户交互的会话，通常指的是图形用户界面（GUI）环境下的桌面会话。每个用户登录到系统时，Windows 会为该用户分配一个会话 ID，并启动一个桌面环境来处理用户的输入和输出。

在多用户环境中，每个用户的 UI 会话可以与一个特定的控制台会话关联。控制台会话是指直接连接到物理屏幕、键盘和鼠标的会话（如通过直接本地登录），而其他 UI 会话则可能是通过远程桌面或其他方式登录的。

所以，用户一般接触最多的就是交互式用户会话和桌面，对于 Winlogon 桌面可能知之甚少。其实用户所熟知的 UAC 对话框，就是运行在 Winlogon 桌面下的系统程序所创建的窗口。

UAC 对话框界面

LogonUI.exe 进程：这是登陆用户交互式界面进程，Winlogon.exe 进程会在需要在登陆桌面下显示交互式界面时，启动该进程。并通过进程间通信（IPC）技术，如管道、RPC 等完成多进程同步事务。用户看到的登陆界面、CAD 界面、UAC 界面均最终由它启动。

LogonUI 运行时模块：LogonUI.exe 实质上是一个加载容器，用于装载运行时需要的接口模块。第一个加载的模块为：LogonUIController.dll。其他运行时模块通过延迟加载技术完成加载。

窗口工作站：窗口工作站是与进程关联的安全对象，包含一个或多个绑定的桌面对象、剪贴板等等。Winlogon 桌面和 Default 桌面默认运行在 Winsta0 窗口工作站下。进程必须以合适的访问权限打开窗口工作站，才能够打开指定的桌面访问句柄。进程每次获取的窗口工作站的访问句柄不同，桌面的访问句柄就不同。如果需要获知对象句柄的名称，则需要通过 WINAPI GetUserObjectInformation。

工作线程：进程连接到窗口工作站后，系统会将桌面分配给建立连接的线程。 

为了在运行时研究清楚 Winlogon 桌面有哪些窗口，就必须切换程序的工作线程然后枚举活动桌面的窗口。

登陆界面示例

频繁切换工作线程绑定的桌面是不被允许的，因为 SetThreadDesktop 之前不能有任何桌面窗口服务正在运作（微软说会造成安全问题）。在实际测试过程当中，我们发现连续第二次切换时就会引起失败。但是我们又需要进行动态监测，所以必须要每次都能够及时切换工作线程的桌面。解决方案很简单，就是每次切换时创建一个新的线程作为工作线程，然后在新的线程里面切换桌面。

然后，打开窗口工作站和桌面需要 SYSTEM 令牌的 Local System 权限，所以必须首先以管理员身份运行，然后再从 SYSTEM 进程复制模拟令牌来重新启动高权限进程。

然后，枚举窗口这边也很简单，通过 EnumWindows 和 EnumChildWindows 枚举并保存窗口层次。

至于桌面的切换检测，最简单的就是通过一个循环不断去获取当前活动桌面（ActiveDesktop），主要通过 OpenInputDesktop 来获取，然后分析桌面名称，当桌面切换到 Winlogon 桌面时切换线程并遍历桌面窗口，当桌面切换到 Default 桌面时，停止记录并保存日志；

原理实现

目前在管理员用户下运行一切正常（对于多用户登陆是否正常还未测试）。

#include <windows.h>
#include <iostream>
#include <fstream>
#include <string>
#include <vector>
#include <ctime>
#include <sstream>
#include <codecvt>
#include <functional>
#include <tlhelp32.h>
#include <userenv.h>
#include <sddl.h>

// 记录窗口信息的结构体，使用宽字符
struct WindowInfo {
    std::wstring className;
    std::wstring windowTitle;
    HWND hwnd;
    std::vector<WindowInfo> children;
};

// 工作线程传递信息的结构体
struct MYTHREADINFO {
    HDESK hDesktop;
    std::vector<WindowInfo> wndInfo;
};

// 启用特定的权限（例如 SeDebugPrivilege）
bool EnablePrivilege(LPCWSTR privilege) {
    HANDLE hToken;
    TOKEN_PRIVILEGES tp;
    LUID luid;

    if (!OpenProcessToken(GetCurrentProcess(), TOKEN_ADJUST_PRIVILEGES | TOKEN_QUERY, &hToken)) {
        std::wcerr << L"Failed to open process token." << std::endl;
        return false;
    }

    if (!LookupPrivilegeValueW(NULL, privilege, &luid)) {
        std::wcerr << L"Failed to lookup privilege." << std::endl;
        CloseHandle(hToken);
        return false;
    }

    tp.PrivilegeCount = 1;
    tp.Privileges[0].Luid = luid;
    tp.Privileges[0].Attributes = SE_PRIVILEGE_ENABLED;

    if (!AdjustTokenPrivileges(hToken, FALSE, &tp, sizeof(TOKEN_PRIVILEGES), NULL, NULL)) {
        std::wcerr << L"Failed to adjust token privileges." << std::endl;
        CloseHandle(hToken);
        return false;
    }

    if (GetLastError() == ERROR_NOT_ALL_ASSIGNED) {
        std::wcerr << L"The privilege was not assigned." << std::endl;
        CloseHandle(hToken);
        return false;
    }

    CloseHandle(hToken);
    return true;
}

// 检查是否以管理员权限运行
bool IsRunAsAdmin() {
    BOOL isAdmin = FALSE;
    PSID administratorsGroup = NULL;
    SID_IDENTIFIER_AUTHORITY NtAuthority = SECURITY_NT_AUTHORITY;

    if (AllocateAndInitializeSid(&NtAuthority, 2, SECURITY_BUILTIN_DOMAIN_RID,
        DOMAIN_ALIAS_RID_ADMINS, 0, 0, 0, 0, 0, 0, &administratorsGroup)) {
        CheckTokenMembership(NULL, administratorsGroup, &isAdmin);
        FreeSid(administratorsGroup);
    }
    return isAdmin == TRUE;
}

// 重新启动并请求管理员权限
bool RelaunchAsAdmin() {
    wchar_t szPath[MAX_PATH];
    if (!GetModuleFileNameW(NULL, szPath, MAX_PATH)) {
        std::wcerr << L"Failed to get module file name." << std::endl;
        return false;
    }

    SHELLEXECUTEINFOW sei = { sizeof(sei) };
    sei.lpVerb = L"runas";  // 请求管理员权限
    sei.lpFile = szPath;
    sei.hwnd = NULL;
    sei.nShow = SW_NORMAL;

    if (!ShellExecuteExW(&sei)) {
        std::wcerr << L"Failed to relaunch as administrator." << std::endl;
        return false;
    }
    return true;
}

// 获取 winlogon 进程的 SYSTEM 令牌
HANDLE GetSystemTokenFromWinlogon() {
    HANDLE hToken = NULL;
    HANDLE hProcess = NULL;

    // 获取 Winlogon 进程的进程ID
    DWORD winlogonPid = 0;
    PROCESSENTRY32 pe32;
    pe32.dwSize = sizeof(PROCESSENTRY32);
    HANDLE hProcessSnapshot = CreateToolhelp32Snapshot(TH32CS_SNAPPROCESS, 0);
    if (hProcessSnapshot == INVALID_HANDLE_VALUE) {
        std::wcerr << L"Failed to create process snapshot!" << std::endl;
        return NULL;
    }

    if (Process32First(hProcessSnapshot, &pe32)) {
        do {
            if (_wcsicmp(pe32.szExeFile, L"winlogon.exe") == 0) {
                winlogonPid = pe32.th32ProcessID;
                break;
            }
        } while (Process32Next(hProcessSnapshot, &pe32));
    }
    CloseHandle(hProcessSnapshot);

    if (winlogonPid == 0) {
        std::wcerr << L"Failed to find winlogon.exe process!" << std::endl;
        return NULL;
    }

    // 打开 Winlogon 进程
    hProcess = OpenProcess(PROCESS_QUERY_INFORMATION, FALSE, winlogonPid);
    if (!hProcess) {
        std::wcerr << L"Failed to open winlogon process!" << std::endl;
        return NULL;
    }

    // 打开该进程的令牌
    if (!OpenProcessToken(hProcess, TOKEN_DUPLICATE | TOKEN_ASSIGN_PRIMARY | TOKEN_QUERY, &hToken)) {
        std::wcerr << L"Failed to open process token!" << std::endl;
        CloseHandle(hProcess);
        return NULL;
    }

    CloseHandle(hProcess);
    return hToken;
}

// 创建具有 SYSTEM 权限的进程
bool CreateSystemProcess(LPCWSTR applicationName, LPCWSTR commandLine) {
    HANDLE hToken = GetSystemTokenFromWinlogon();
    if (!hToken) {
        std::wcerr << L"Failed to get SYSTEM token!" << std::endl;
        return false;
    }

    // 使用 SYSTEM 权限创建进程
    STARTUPINFOW si = { sizeof(STARTUPINFOW) };
    PROCESS_INFORMATION pi = { 0 };

    if (!CreateProcessAsUserW(hToken, applicationName, const_cast<LPWSTR>(commandLine), NULL,
        NULL, FALSE, CREATE_NEW_CONSOLE, NULL, NULL, &si, &pi)) {
        std::wcerr << L"Failed to create process as SYSTEM!" << std::endl;
        CloseHandle(hToken);
        return false;
    }

    CloseHandle(pi.hProcess);
    CloseHandle(pi.hThread);
    CloseHandle(hToken);
    return true;
}

// 检查当前进程是否具有 SYSTEM 权限
bool IsSystem() {
    HANDLE hToken = NULL;
    if (!OpenProcessToken(GetCurrentProcess(), TOKEN_QUERY, &hToken)) {
        return false;
    }

    DWORD tokenInfoLength = 0;
    GetTokenInformation(hToken, TokenUser, NULL, 0, &tokenInfoLength);

    PTOKEN_USER tokenUser = (PTOKEN_USER)malloc(tokenInfoLength);
    if (!GetTokenInformation(hToken, TokenUser, tokenUser, tokenInfoLength, &tokenInfoLength)) {
        CloseHandle(hToken);
        free(tokenUser);
        return false;
    }

    LPWSTR sidString = NULL;
    ConvertSidToStringSidW(tokenUser->User.Sid, &sidString);
    bool isSystem = (_wcsicmp(sidString, L"S-1-5-18") == 0);

    LocalFree(sidString);
    CloseHandle(hToken);
    free(tokenUser);

    return isSystem;
}

// 递归获取窗口层次，使用宽字符 API
void EnumChildWindowsRecursive(HWND hwndParent, std::vector<WindowInfo>& windowList) {
    wchar_t className[256];
    wchar_t windowTitle[256];

    ZeroMemory(className, sizeof(className));
    ZeroMemory(windowTitle, sizeof(windowTitle));

    // 获取窗口类名和标题
    GetClassNameW(hwndParent, className, sizeof(className) / sizeof(wchar_t));
    GetWindowTextW(hwndParent, windowTitle, sizeof(windowTitle) / sizeof(wchar_t));

    if (className[0] == L'\0') {
        wcscpy_s(className, L"(None)");
    }

    if (windowTitle[0] == L'\0') {
        wcscpy_s(windowTitle, L"(None)");
    }

    WindowInfo windowInfo = { className, windowTitle, hwndParent };

    // 枚举子窗口
    EnumChildWindows(hwndParent, [](HWND hwnd, LPARAM lParam) -> BOOL {
        std::vector<WindowInfo>* children = reinterpret_cast<std::vector<WindowInfo>*>(lParam);
        EnumChildWindowsRecursive(hwnd, *children);
        return TRUE;
        }, reinterpret_cast<LPARAM>(&windowInfo.children));

    windowList.push_back(windowInfo);
}

// 获取当前桌面窗口层次，使用宽字符 API
std::vector<WindowInfo> GetWindowHierarchy() {
    std::vector<WindowInfo> windows;
    EnumWindows([](HWND hwnd, LPARAM lParam) -> BOOL {
        std::vector<WindowInfo>* windows = reinterpret_cast<std::vector<WindowInfo>*>(lParam);
        EnumChildWindowsRecursive(hwnd, *windows);
        return TRUE;
        }, reinterpret_cast<LPARAM>(&windows));
    return windows;
}

// 格式化时间为宽字符格式
std::wstring FormatTime(const std::time_t& time) {
    wchar_t timeBuffer[100];
    tm ti = {};
    localtime_s(&ti, &time);
    std::wcsftime(timeBuffer, sizeof(timeBuffer) / sizeof(wchar_t), L"%Y-%m-%d %H:%M:%S", &ti);
    return std::wstring(timeBuffer);
}

// 转换宽字符到 UTF-8
std::string WideToUTF8(const std::wstring& wideStr) {
    std::wstring_convert<std::codecvt_utf8<wchar_t>> conv;
    return conv.to_bytes(wideStr);
}

// 保存窗口层次信息到文件，使用 UTF-8 编码
void SaveWindowHierarchy(const std::vector<WindowInfo>& windows, const std::time_t& changeTime, const std::wstring& filename) {
    std::ofstream file(WideToUTF8(filename), std::ios::app | std::ios::binary);  // 使用 binary 防止换行符的意外转换
    if (!file.is_open()) {
        std::wcerr << L"Unable to open file for writing!" << std::endl;
        return;
    }

    // 在文件开头写入 BOM，标识为 UTF-8 编码
    static bool bomWritten = false;
    if (!bomWritten) {
        const unsigned char bom[] = { 0xEF, 0xBB, 0xBF };  // UTF-8 BOM
        file.write(reinterpret_cast<const char*>(bom), sizeof(bom));
        bomWritten = true;
    }

    // 格式化时间为字符串
    wchar_t timeBuffer[100];
    tm ti = {};
    localtime_s(&ti, &changeTime);
    std::wcsftime(timeBuffer, sizeof(timeBuffer) / sizeof(wchar_t), L"%Y-%m-%d %H:%M:%S", &ti);

    // 写入时间戳
    file << WideToUTF8(std::wstring(timeBuffer)) << "\n";

    // 递归写入窗口信息
    std::function<void(const std::vector<WindowInfo>&, int)> WriteHierarchy;
    WriteHierarchy = [&file, &WriteHierarchy](const std::vector<WindowInfo>& windows, int indent) {
        for (const auto& window : windows) {
            file << std::string(indent, ' ')  // 使用空格进行缩进
                << "Class Name: " << WideToUTF8(window.className)
                << ", Title: " << WideToUTF8(window.windowTitle)
                << ", HWND: " << std::hex << window.hwnd << "\n";
            if (!window.children.empty()) {
                WriteHierarchy(window.children, indent + 4);  // 递归写入子窗口信息
            }
        }
    };

    WriteHierarchy(windows, 0);
    file << "\n";
    file.close();
}

// 获取当前桌面的名称
std::wstring GetDesktopName(HDESK hDesktop) {
    wchar_t desktopName[256];
    DWORD neededLength = 0;

    if (!GetUserObjectInformationW(hDesktop, UOI_NAME, desktopName, sizeof(desktopName), &neededLength)) {
        std::wcerr << L"Failed to get desktop name." << std::endl;
        return L"";
    }

    return std::wstring(desktopName);
}


// 切换到指定桌面并枚举窗口，任务结束后恢复到原始桌面
std::vector<WindowInfo> GetWindowsFromDesktop(HDESK hDesktop) {
    // 获取原始桌面句柄
    HDESK hOriginalDesktop = GetThreadDesktop(GetCurrentThreadId());

    // 切换到目标桌面
    if (!SetThreadDesktop(hDesktop)) {
        std::wcerr << L"Failed to set thread desktop!" << std::endl;
        return {};
    }

    // 切换后获取窗口层次
    std::vector<WindowInfo> windows = GetWindowHierarchy();

     恢复到原始桌面
    //if (!SetThreadDesktop(hOriginalDesktop)) {
    //    std::wcerr << L"Failed to restore original desktop!" << std::endl;
    //}

    return windows;
}

// 使用辅助线程进行桌面切换和窗口枚举
DWORD WINAPI MonitorDesktopThread(LPVOID param) {
    _wsetlocale(LC_ALL, L"zh-CN");
    MYTHREADINFO* threadInfo = static_cast<MYTHREADINFO*>(param);

    threadInfo->wndInfo = GetWindowsFromDesktop(threadInfo->hDesktop);

    return 0;
}

// 打开窗口工作站并切换到桌面
HDESK OpenDesktopWithWindowStation(LPCWSTR desktopName, HWINSTA hWinsta) {
    // 打开桌面
    HDESK hDesktop = OpenDesktopW(desktopName, 0, FALSE, GENERIC_ALL);
    if (!hDesktop) {
        std::wcerr << L"Failed to open desktop! name = " << desktopName << std::endl;
        CloseWindowStation(hWinsta);
    }

    return hDesktop;
}

// 获取当前活动桌面
HDESK GetActiveDesktop() {
    return OpenInputDesktop(0, FALSE, GENERIC_ALL);
}

// 监控桌面切换
void MonitorDesktop() {

    // 打开窗口工作站
    HWINSTA hWinsta = OpenWindowStationW(L"WinSta0", FALSE, GENERIC_READ | GENERIC_WRITE);
    if (!hWinsta) {
        std::wcerr << L"Failed to open window station!" << std::endl;
        return;
    }

    // 将当前线程关联到工作站
    if (!SetProcessWindowStation(hWinsta)) {
        std::wcerr << L"Failed to set process window station!" << std::endl;
        CloseWindowStation(hWinsta);
        return;
    }

    HDESK hDefaultDesk = OpenDesktopWithWindowStation(L"Default", hWinsta);
    HDESK hWinlogonDesk = OpenDesktopWithWindowStation(L"Winlogon", hWinsta);

    if (!hDefaultDesk || !hWinlogonDesk) {
        std::wcerr << L"Failed to open desktops!" << std::endl;
        return;
    }

    std::wcout << L"Monitoring desktop changes (SYSTEM privileges detected)..." << std::endl;
    std::wcout << L"Desktops: Winlogon(" << std::hex << (UINT64)hWinlogonDesk << L"), Default("
        << std::hex << (UINT64)hDefaultDesk << L")." << std::endl;
    
    // 桌面监控代码

    std::vector<WindowInfo> windowHistory;
    bool monitoring = false;

    while (true) {
        // 检查指定按键是否被按下（比如 ESC 键，键码 0x1B）
        if (GetAsyncKeyState(VK_ESCAPE) & 0x8000) {
            std::wcout << L"Escape key pressed. Exiting monitoring..." << std::endl;
            break;  // 退出循环，结束监控
        }

        HDESK hCurrentDesk = GetActiveDesktop();   // 获取活动桌面句柄

        std::wstring desktopName = GetDesktopName(hCurrentDesk);   // 获取桌面名称

        //std::wcout << L"Current Desktop: " << desktopName << std::endl;

        if (desktopName == L"Winlogon" && !monitoring) {
            std::wcout << L"Switched to Winlogon desktop. Start monitoring window hierarchy..." << std::endl;
            monitoring = true;
            windowHistory.clear();  // 清空之前的记录

            // 切换到 winlogon 桌面并枚举窗口
            MYTHREADINFO info = { hWinlogonDesk };
            HANDLE hThread = CreateThread(NULL, 0, MonitorDesktopThread, &info, 0, NULL);
            if (hThread) {
                WaitForSingleObject(hThread, INFINITE);
                CloseHandle(hThread);
            }
            windowHistory = info.wndInfo;
        }
        else if (desktopName == L"Default" && monitoring) {
            std::wcout << L"Switched back to Default desktop. Stopping monitoring..." << std::endl;
            std::time_t currentTime = std::time(nullptr);
            SaveWindowHierarchy(windowHistory, currentTime, L"D:\\window_hierarchy.log");
            monitoring = false;

            // 显示历史记录
            MessageBoxW(NULL, L"The window hierarchy log has been saved. Check window_hierarchy.log for details.",
                L"History Saved", MB_OK | MB_ICONINFORMATION | MB_SYSTEMMODAL);
        }

        if (monitoring) {
            // 切换到 winlogon 桌面枚举窗口
            MYTHREADINFO info = { hWinlogonDesk };
            HANDLE hThread = CreateThread(NULL, 0, MonitorDesktopThread, &info, 0, NULL);
            if (hThread) {
                WaitForSingleObject(hThread, INFINITE);
                CloseHandle(hThread);
            }

            if (!info.wndInfo.empty()) {
                windowHistory = info.wndInfo;
            }
        }

        Sleep(1000);  // 每秒检查一次
    }

    CloseDesktop(hDefaultDesk);
    CloseDesktop(hWinlogonDesk);
}

int wmain(int argc, wchar_t* argv[]) {
    _wsetlocale(LC_ALL, L"zh-CN");
    // 检查是否为管理员权限运行
    if (!IsRunAsAdmin()) {
        std::wcout << L"Attempting to restart with administrator privileges..." << std::endl;
        if (RelaunchAsAdmin()) {
            return 0;  // 提升后进程将重新启动，当前进程结束
        }
        else {
            std::wcerr << L"Failed to relaunch as administrator." << std::endl;
            return 1;
        }
    }

    // 启用 SeDebugPrivilege
    if (!EnablePrivilege(SE_DEBUG_NAME)) {
        std::wcerr << L"Failed to enable SeDebugPrivilege." << std::endl;
        return 1;
    }

    // 检查 SYSTEM 权限
    if (!IsSystem()) {
        std::wcout << L"Attempting to restart with SYSTEM privileges..." << std::endl;

        // 检查命令行参数，避免无限递归
        if (argc < 2 || _wcsicmp(argv[1], L"system") != 0) {
            // 重新启动自身并传递 "system" 参数
            wchar_t commandLine[MAX_PATH];
            swprintf(commandLine, MAX_PATH, L"%s system", argv[0]);
            if (CreateSystemProcess(argv[0], commandLine)) {
                std::wcout << L"Restarted with SYSTEM privileges." << std::endl;
            }
            else {
                std::wcerr << L"Failed to restart with SYSTEM privileges." << std::endl;
            }
            return 0;
        }
        else {
            std::wcerr << L"Already tried to elevate privileges but failed." << std::endl;
            return 1;
        }
    }

    // 如果当前进程已经是 SYSTEM 权限，则继续执行桌面监控
    MonitorDesktop();
    return 0;
}

编译时设置监视器高 DPI 识别，和以管理员身份启动。

运行效果如下：

测试截图

日志记录存在放在 "D:\window_hierarchy.log" 文件中。

日志记录样例

 Winlogon 桌面窗口层次

Winlogon 桌面默认是没有窗口的，所以是黑色背景。当执行任务时，具有窗口。当在 UAC 界面时，背景窗口是 Credential Dialog Xaml Host 窗口；当在 CAD 或登陆界面时，背景窗口是 LogonUI Logon Window。

备注：由于博主时间有限，更多信息请自行探索。

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本文发布于：2024.08.27；更新于：2024.08.27。

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